将疏水性药物均匀负载于亲水性聚合物电纺纳米纤维的方法

摘要

本发明公开了一种将疏水性药物负载于亲水性聚合物纳米电纺纳米纤维的方法。该方法包括步骤：(1)疏水性药物-β环糊精包合物的制备；(2)将疏水性药物-β环糊精包合物溶于水中，配成质量浓度为1.0～4.0％的溶液；(3)将亲水性聚合物原材料溶于水中，配成质量浓度为3.0～10.0％的溶液；(4)将上述溶液混合均匀，得到电纺丝液；利用静电纺丝仪，使用电压15～20kV，纺丝温度50～60℃，推进速度0.001～0.003mm/s，制备得到电纺纳米纤维。本发明实现了疏水性药物分子在亲水性聚合物纳米电纺纳米纤维中的均匀负载和可控释放。

说明书

技术领域

本发明属于生物医学工程医药技术领域，特别涉及一种将疏水性药物均匀负载于亲水性聚合物纳米电纺纤维的方法。

背景技术

作为一类新型药物载体，聚合物电纺纳米纤维近年来引起了国内外的广泛关注和兴趣。电纺纳米纤维具有更高的比表面积，结构上和细胞外基质有着很高的相似性，使得它在作为药物载体时优势明显(a.Travis J.Sill，Horst A.von Recum.Biomaterials，2008，29(13)：1989-2006.b.鲁遥，蒋宏亮，朱康杰.中国生物医学工程学报，2008，27(6)：926-932)。已被电纺的聚合物原材料主要包括疏水性的聚乳酸、聚己内酯、聚(乙交酯-丙交酯)和亲水性的海藻酸钠、壳聚糖、葡聚糖、明胶、透明质酸、聚乙烯醇(PVA)和聚环氧乙烷(PEO)等。已被负载的药物主要涉及非甾体抗炎药、抗生素、抗肿瘤药、生长因子及具有生物活性的蛋白等。其中，亲水性聚合物电纺纳米纤维用作药物控释载体，具有更好的生物相容性和应用前景，因而倍受青睐。例如，Ngawhirunpat(Ngawhirunpat，T.Opanasopit，P.Rojanarata，T.Akkaramongkolporn，P.Ruktanonchai，U.Supaphol，P.Pharmaceutical Development and Technology，2009，14(1)：70-79)等通过将美洛昔康(meloxicam)混合在PVA成功制备了负载美洛昔康的PVA纳米纤维膜，和浇铸膜相比，纳米纤维膜的皮肤透过率要远高于浇铸膜，显示了纳米纤维膜在药物载体方面的潜在应用。Zeng(Zeng J，Aigner A，Czubayko F，Kissel T，Wendorff JH，Greiner A.Biomacromolecules，2005，6(3)：1484-1488)等通过将牛血清蛋白(BSA)溶解在PVA溶液中电纺制备纳米纤维，得到的纤维结构均匀，说明亲水性的纳米纤维同时还可以作为蛋白质药物载体。

但迄今为止，这类研究工作大都局限于利用亲水性聚合物电纺纳米纤维负载和控释亲水性药物，当将其用于疏水性药物或水溶解度很低药物的负载和控释时，则会出现分散不均匀、易聚集成团和暴释等问题(a.Taepaiboon，P.Rungsardthong，U.Supaphol，P.2006，17(9)：2317-2329.b.Kenawy，E.R. Abdel-Hay，F.1.El-Newehy，M.H.Wnek，G.E.Materials Science and Engineering a-Structural Materials Properties Microstructure  and Processing，2007，45(1-2)：350-359)。因此，探索新的制备工艺路线、解决将疏水性药物均匀负载于亲水性聚合物纳米电纺纳米纤维中的技术难题，是当前生物医学工程技术领域的重要课题。

发明内容

为了解决上述现有技术中存在的缺点和不足，本发明的首要目的在于提供一种将疏水性药物均匀负载于亲水性聚合物纳米纤维的方法。本发明利用具有疏水性内核和亲水性表面的β-环糊精，首先与疏水性药物借助主客体相互作用形成药物-β-环糊精包合物，再将所得包合物在搅拌条件下均匀溶解在待电纺的亲水性聚合物水溶液中，然后利用静电纺丝技术制备出所需纳米纤维，进而实现了疏水性药物分子在亲水性聚合物纳米纤维中的均匀负载和可控释放。

本发明的另一目的在于提供上述方法制备得到的纳米纤维；所得纳米纤维大小均匀，直径范围在300～600纳米之间，无串珠结构，药物在体系中释放稳定，速率可控，可有效提高药物的利用率。

本发明的目的通过下述技术方案实现：一种将疏水性药物负载于亲水性聚合物纳米纤维的方法，包括以下操作步骤：

(1)疏水性药物-β环糊精包合物的制备

将β-环糊精溶于水中，形成β-环糊精水溶液；取疏水性药物溶于溶剂中，制成药物溶液；将药物溶液缓慢滴入β-环糊精水溶液中，滴加完毕后保持50～80℃水浴，搅拌3～6小时，将所得溶液过0.45μm的滤纳米纤维，滤液于4～10℃保存过夜，抽滤，干燥，得到疏水性药物-β环糊精包合物；

(2)将步骤(1)所得疏水性药物-β环糊精包合物溶于水中，配成质量浓度为1.0～4.0％的溶液；

(3)将亲水性聚合物原材料溶于水中，配成质量浓度为5.0～10.0％的溶液；

(4)将步骤(2)和步骤(3)所得溶液按照等体积混合均匀，得到电纺丝液；将电纺丝液利用静电纺丝仪，使用电压15～20kV，纺丝温度50～60℃，推进速度0.001～0.003mm/s，制备得到电纺纳米纤维。

步骤(1)所述将β-环糊精溶于水是将β-环糊精在50～70℃水浴条件下 加热溶解于水中；所述搅拌的速度为300～500r/min；所述干燥是在40～60℃条件下真空干燥24～48小时。

步骤(1)所述疏水性药物为布洛芬、吲哚美辛或地塞米松。

当疏水性药物为布洛芬时，步骤(1)所述β-环糊精水溶液的质量浓度为7％～13％，药物溶液的质量浓度为7～9％，β-环糊精水溶液和药物溶液的体积比为4∶1。

当疏水性药物为吲哚美辛时，步骤(1)所述β-环糊精水溶液的浓度7％～13％，药物溶液的质量浓度为12％～17％，β-环糊精水溶液和药物溶液的体积比为4∶1。

当疏水性药物为地塞米松时，步骤(1)所述β-环糊精水溶液的质量浓度为7％～13％，药物溶液的质量浓度为13％～19％，β-环糊精水溶液和药物溶液的体积比为4∶1。

步骤(1)所述溶剂为乙醇、丙酮、二甲基甲酰胺(DMF)或二甲基亚砜(DMSO)等。

步骤(3)所述亲水性聚合物材料的分子量≥10万；所述亲水性聚合物材料为聚乙烯醇(PVA)、聚乙二醇(PEO)、聚维酮(PVP)、壳聚糖(CS)或葡聚糖(DEX)等。

上述方法制备得到的电纺纳米纤维，纳米纤维的直径为300～600纳米。

与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果：本发明制备得到的静电纺丝纳米纤维表面光滑，无串珠状结构，纤维直径在300～600纳米范围之间；设备简单，操作方便，制备得到的纳米纤维比表面积大，孔隙率高，制备得到的疏水性药物与环糊精的包合物使药物在亲水性的基质材料中分布均匀，同时对药物释放具有一定的缓释作用，避免了直接负载药物时的暴释。

附图说明

图1为制备得到的电纺纳米纤维电镜照片图，其中A为实施例1所得电纺纳米纤维，B为实施例2所得电纺纳米纤维，C为实施例3所得电纺纳米纤维，D为布洛芬与PVA共混电纺纳米纤维。

图2为药物在37℃，pH7.4磷酸盐缓冲液的释放曲线，其中A为实施例1所得电纺纳米纤维，B为实施例2所得电纺纳米纤维，C为实施例3所得电纺纳米纤维，D为布洛芬与PVA共混电纺纳米纤维。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

(1)疏水性药物-β环糊精包合物的制备

将β-环糊精在60℃水浴条件下加热溶解于水中，形成质量浓度为11.85％的β-环糊精水溶液；取疏水性药物布洛芬(Ibuprofen)溶于乙醇中，制成质量浓度为8.4％的药物溶液；将药物溶液缓慢滴入β-环糊精水溶液中(β-环糊精水溶液和药物溶液的体积比为4∶1)，滴加完毕后保持60℃水浴，以400r/min的速度搅拌3小时，将所得溶液过0.45μm的滤纳米纤维，滤液于5℃保存过夜，抽滤，在40℃条件下真空干燥24小时，得到疏水性药物-β环糊精包合物；

(2)将步骤(1)所得疏水性药物-β环糊精包合物溶于水中，配成质量浓度为1.0％的溶液；

(3)将亲水性聚合物聚乙烯醇(PVA，水解度≥95％，分子量60KDa)溶于水中，配成质量浓度为7.5％的溶液；

(4)将步骤(2)和步骤(3)所得溶液按照等体积混合均匀，得到电纺丝液，所得电纺丝液澄清透明，因为环糊精的外亲水作用使得包合物很好地溶解在PVA水溶液中；将电纺丝液利用静电纺丝仪，使用电压15～20kV，纺丝温度50～60℃，推进速度0.001～0.003mm/s，制备得到电纺纳米纤维。

实施例2

(1)疏水性药物-β环糊精包合物的制备

将β-环糊精在70℃水浴条件下加热溶解于水中，形成质量浓度为13％的β-环糊精水溶液；取疏水性药物布洛芬溶于乙醇中，制成质量浓度为9％的药物溶液；将药物溶液缓慢滴入β-环糊精水溶液中(β-环糊精水溶液和药物溶液的体积比为4∶1)，滴加完毕后保持60℃水浴，以300r/min的速度搅拌5小时，将所得溶液过0.45μm的滤纳米纤维，滤液于10℃保存过夜，抽滤，在60℃条件下真空干燥48小时，得到疏水性药物-β环糊精包合物；

(2)将步骤(1)所得疏水性药物-β环糊精包合物溶于水中，配成质量浓 度为2.0％的溶液；

(3)将亲水性聚合物聚乙烯醇(PVA，水解度≥95％，分子量60KDa)溶于水中，配成质量浓度为7.5％的溶液；

(4)将步骤(2)和步骤(3)所得溶液按照等体积混合均匀，得到电纺丝液，所得电纺丝液澄清透明，因为环糊精的外亲水作用使得包合物很好地溶解在PVA水溶液中；将电纺丝液利用静电纺丝仪，使用电压15～20kV，纺丝温度50～60℃，推进速度0.001～0.003mm/s，制备得到电纺纳米纤维。

实施例3

(1)疏水性药物-β环糊精包合物的制备

将β-环糊精在50℃水浴条件下加热溶解于水中，形成质量浓度为7％的β-环糊精水溶液；取疏水性药物布洛芬溶于乙醇中，制成质量浓度为7％的药物溶液；将药物溶液缓慢滴入β-环糊精水溶液中(β-环糊精水溶液和药物溶液的体积比为4∶1)，滴加完毕后保持80℃水浴，以300r/min的速度搅拌6小时，将所得溶液过0.45μm的滤纳米纤维，滤液于4℃保存过夜，抽滤，在50℃条件下真空干燥32小时，得到疏水性药物-β环糊精包合物；

(2)将步骤(1)所得疏水性药物-β环糊精包合物溶于水中，配成质量浓度为4.0％的溶液；

(3)将亲水性聚合物聚乙烯醇(PVA，水解度≥95％，分子量60KDa)溶于水中，配成质量浓度为7.5％的溶液；

(4)将步骤(2)和步骤(3)所得溶液按照等体积混合均匀，得到电纺丝液，所得电纺丝液澄清透明，因为环糊精的外亲水作用使得包合物很好地溶解在PVA水溶液中；将电纺丝液利用静电纺丝仪，使用电压15～20kV，纺丝温度50～60℃，推进速度0.001～0.003mm/s，制备得到电纺纳米纤维。

实施例4

将布洛芬0.43g与7.5％PVA溶液混合后得到电纺丝溶液，所得电纺丝液浑浊不清(这是因为疏水性药物无法溶解在水溶液中)；采用静电纺丝仪，使用电压15～20kV，纺丝温度50～60℃，推进速度0.001～0.003mm/s，制备得到电纺纳米纤维；

将实施例1-3所得电纺纳米纤维和上述所得电纺纳米纤维采用电镜扫描， 所得电镜照片如图1所示：由图A、B、C可知，不同量的包合物/PVA溶液混合制备得到的纳米纤维结构均匀，无串珠状结构，说明药物在PVA中分散均匀，无聚集；而图D图药物和PVA溶液混合制备得到的纳米纤维存在着许多串珠状的结构(图中箭头标示)，说明药物在PVA中分散不匀，有聚集。

实施例5

将实施例1-3所得电纺纳米纤维和实施例4所得电纺纳米纤维在37℃，pH7.4磷酸盐缓冲液中进行释放，释放曲线如图2所示：由图A、B、C的释放曲线可知，随着包合物/PVA中包合物的量的增加，药物的累积释放率逐渐降低，说明可以通过增加体系中包合物的量来降低药物的释放速度；而由图D的释放曲线可知，直接混合的药物在前20分钟就达到了完全释放，暴释明显，相对而言，包合物的释放较慢，说明环糊精对药物的释放起到了一定的缓释作用。

实施例6

(1)疏水性药物-β环糊精包合物的制备

将2.37gβ-环糊精在60℃水浴条件下加热溶解于20ml水中，形成质量浓度为11.85％的β-环糊精水溶液；取疏水性药物吲哚美辛溶于丙酮中，制成质量浓度为15％的药物溶液；将药物溶液缓慢滴入β-环糊精水溶液中(β-环糊精水溶液和药物溶液的体积比为4∶1)，滴加完毕后保持70℃水浴，以300r/min的速度搅拌5小时，将所得溶液过0.45μm的滤纳米纤维，滤液于8℃保存过夜，抽滤，在50℃条件下真空干燥28小时，得到疏水性药物-β环糊精包合物；

(2)将步骤(1)所得疏水性药物-β环糊精包合物溶于水中，配成质量浓度为1.0％的溶液；

(3)将亲水性聚合物原材料壳聚糖(分子量60KDa)溶于水中，配成质量浓度为3.0％的溶液；

(4)将步骤(2)和步骤(3)所得溶液按照等体积混合均匀，得到电纺丝液，所得电纺丝液澄清透明，因为环糊精的外亲水作用使得包合物很好地溶解在PVA水溶液中；将电纺丝液利用静电纺丝仪，使用电压15～20kV，纺丝温度50～60℃，推进速度0.001～0.003mm/s，制备得到电纺纳米纤维；所得电纺纳米纤维用电镜扫描观察其表面光滑，无串珠状结构，纤维直径在100～300 纳米。纳米纤维中药物的在前30min快速释放，释放率达到总量的30％，随后进入缓慢释放，24小时内的释放率为43％。

实施例7

(1)疏水性药物-β环糊精包合物的制备

将2.37g β-环糊精在60℃水浴条件下加热溶解于20ml水中，形成质量浓度为7％的β-环糊精水溶液；取疏水性药物吲哚美辛溶于二甲基甲酰胺中，制成质量浓度为12％的药物溶液；将药物溶液缓慢滴入β-环糊精水溶液中(β-环糊精水溶液和药物溶液的体积比为4∶1)，滴加完毕后保持70℃水浴，以500r/min的速度搅拌5小时，将所得溶液过0.45μm的滤纳米纤维，滤液于4℃保存过夜，抽滤，在50℃条件下真空干燥32小时，得到疏水性药物-β环糊精包合物；

(2)将步骤(1)所得疏水性药物-β环糊精包合物溶于水中，配成质量浓度为2.0％的溶液；

(3)将亲水性聚合物原材料聚乙二醇(分子量60KDa)溶于水中，配成质量浓度为3.0％的溶液；

(4)将步骤(2)和步骤(3)所得溶液按照等体积混合均匀，得到电纺丝液，所得电纺丝液澄清透明，因为环糊精的外亲水作用使得包合物很好地溶解在PVA水溶液中；将电纺丝液利用静电纺丝仪，使用电压15～20kV，纺丝温度50～60℃，推进速度0.001～0.003mm/s，制备得到电纺纳米纤维；所得电纺纳米纤维用电镜扫描观察其表面光滑，无串珠状结构，纤维直径在100～300纳米。纳米纤维中药物的在前30min快速释放，释放率达到总量的30％，随后进入缓慢释放，24小时内的释放率为40％。

实施例8

(1)疏水性药物-β环糊精包合物的制备

将2.37gβ-环糊精在60℃水浴条件下加热溶解于20ml水中，形成质量浓度为13％的β-环糊精水溶液；取疏水性药物吲哚美辛溶于丙酮中，制成质量浓度为17％的药物溶液；将药物溶液缓慢滴入β-环糊精水溶液中(β-环糊精水溶液和药物溶液的体积比为4∶1)，滴加完毕后保持70℃水浴，以400r/min的速度搅拌5小时，将所得溶液过0.45μm的滤纳米纤维，滤液于6℃保存过夜，抽滤，在50℃条件下真空干燥35小时，得到疏水性药物-β环糊精包合物；

(2)将步骤(1)所得疏水性药物-β环糊精包合物溶于水中，配成质量浓度为3.0％的溶液；

(3)将亲水性聚合物原材料聚乙二醇(分子量60KDa)溶于水中，配成质量浓度为3.0％的溶液；

(4)将步骤(2)和步骤(3)所得溶液按照等体积混合均匀，得到电纺丝液，所得电纺丝液澄清透明，因为环糊精的外亲水作用使得包合物很好地溶解在PVA水溶液中；将电纺丝液利用静电纺丝仪，使用电压15～20kV，纺丝温度50～60℃，推进速度0.001～0.003mm/s，制备得到电纺纳米纤维；所得电纺纳米纤维用电镜扫描观察其表面光滑，无串珠状结构，纤维直径在100～300纳米。纳米纤维中药物的在前30min快速释放，释放率达到总量的29％，随后进入缓慢释放，24小时内的释放率为39％。

实施例9

(1)疏水性药物-β环糊精包合物的制备

将2.37gβ-环糊精在50℃水浴条件下加热溶解于20ml水中，形成质量浓度为11.85％的β-环糊精水溶液；取疏水性药物地塞米松溶于溶剂二甲基亚砜中，制成质量浓度为16.4％的药物溶液；将药物溶液缓慢滴入β-环糊精水溶液中(β-环糊精水溶液和药物溶液的体积比为4∶1)，滴加完毕后保持50℃水浴，以500r/min的速度搅拌6小时，将所得溶液过0.45μm的滤纳米纤维，滤液于6℃保存过夜，抽滤，在45℃条件下真空干燥40小时，得到疏水性药物-β环糊精包合物；

(2)将步骤(1)所得疏水性药物-β环糊精包合物溶于水中，配成质量浓度为2.0％的溶液；

(3)将亲水性聚合物原材料聚维酮(分子量100K Da)溶于水中，配成质量浓度为6.0％的溶液；

(4)将步骤(2)和步骤(3)所得溶液按照等体积混合均匀，得到电纺丝液，所得电纺丝液澄清透明，因为环糊精的外亲水作用使得包合物很好地溶解在PVA水溶液中；将电纺丝液利用静电纺丝仪，使用电压15～20kV，纺丝温度50～60℃，推进速度0.001～0.003mm/s，制备得到电纺纳米纤维；所得电纺纳米纤维用电镜扫描观察其表面光滑，无串珠状结构，纤维直径在100～400纳米。纳米纤维中药物的在前30min快速释放，释放率达到总量的28％，随后 进入缓慢释放，24小时内的释放率为45％。

实施例10

(1)疏水性药物-β环糊精包合物的制备

将2.37gβ-环糊精在60℃水浴条件下加热溶解于20ml水中，形成质量浓度为7％的β-环糊精水溶液；取疏水性药物地塞米松溶于溶剂二甲基甲酰胺中，制成质量浓度为13％的药物溶液；将药物溶液缓慢滴入β-环糊精水溶液中(β-环糊精水溶液和药物溶液的体积比为4∶1)，滴加完毕后保持80℃水浴，以500r/min的速度搅拌5小时，将所得溶液过0.45μm的滤纳米纤维，滤液于9℃保存过夜，抽滤，在55℃条件下真空干燥36小时，得到疏水性药物-β环糊精包合物；

(2)将步骤(1)所得疏水性药物-β环糊精包合物溶于水中，配成质量浓度为3.0％的溶液；

(3)将亲水性聚合物原材料壳聚糖(分子量100K Da)溶于水中，配成质量浓度为6.0％的溶液；

(4)将步骤(2)和步骤(3)所得溶液按照等体积混合均匀，得到电纺丝液，所得电纺丝液澄清透明，因为环糊精的外亲水作用使得包合物很好地溶解在PVA水溶液中；将电纺丝液利用静电纺丝仪，使用电压15～20kV，纺丝温度50～60℃，推进速度0.001～0.003mm/s，制备得到电纺纳米纤维；所得电纺纳米纤维用电镜扫描观察其表面光滑，无串珠状结构，纤维直径在100～400纳米。纳米纤维中药物的在前30min快速释放，释放率达到总量的28％，随后进入缓慢释放，24小时内的释放率为43％。

实施例11

(1)疏水性药物-β环糊精包合物的制备

将2.37gβ-环糊精在70℃水浴条件下加热溶解于20ml水中，形成质量浓度为13％的β-环糊精水溶液；取疏水性药物地塞米松溶于溶剂二甲基亚砜中，制成质量浓度为19％的药物溶液；将药物溶液缓慢滴入β-环糊精水溶液中(β-环糊精水溶液和药物溶液的体积比为4∶1)，滴加完毕后保持60℃水浴，以400r/min的速度搅拌6小时，将所得溶液过0.45μm的滤纳米纤维，滤液于 10℃保存过夜，抽滤，在40℃条件下真空干燥29小时，得到疏水性药物-β环糊精包合物；

(2)将步骤(1)所得疏水性药物-β环糊精包合物溶于水中，配成质量浓度为4.0％的溶液；

(3)将亲水性聚合物原材料葡聚糖(分子量100K Da)溶于水中，配成质量浓度为6.0％的溶液；

(4)将步骤(2)和步骤(3)所得溶液按照等体积混合均匀，得到电纺丝液，所得电纺丝液澄清透明，因为环糊精的外亲水作用使得包合物很好地溶解在PVA水溶液中；将电纺丝液利用静电纺丝仪，使用电压15～20kV，纺丝温度50～60℃，推进速度0.001～0.003mm/s，制备得到电纺纳米纤维；所得电纺纳米纤维用电镜扫描观察其表面光滑，无串珠状结构，纤维直径在100～400纳米。纳米纤维中药物的在前30min快速释放，释放率达到总量的27％，随后进入缓慢释放，24小时内的释放率为41％。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。